(57)【要約】【課題】軸外領域においても高精度な焦点検出を行う。【解決手段】焦点検出装置２０８は、第１の方向に対をなす第１の対の開口部２１２ｂ−１，２１２ｂ−２を通過した撮影光学系２０１ａからの光に、第１の対の受光素子列２１５ｂ−１，２１５ｂ−２上において第１の対の像を形成させる第１の対のレンズ部２１４ｂ−１，２１４ｂ−２を有する第１の結像レンズユニット２１３と、第２の方向に対をなす第２の対の開口部２１２ｂ−３，２１２ｂ−４を通過した撮影光学系からの光に、第２の対の受光素子列２１５ｂ−３，２１５ｂ−４上において第２の対の像を形成させる第２の対のレンズ部２１４ｂ−３，２１４ｂ−４を有する第２の結像レンズユニット２１３とを有する。第２の対のレンズ部の中点Ｃは、第１の対のレンズ部間に位置し、かつ該第１の対のレンズ部の中点Ｂに対してずれている。【選択図】図１１
2007323063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対の像の位相差を検出するための焦点検出装置であって、
第１の方向に対をなす第１の対の開口部を通過した撮影光学系からの光により、第１の対の受光素子列に第１の対の像を結像させる第１の対のレンズ部を有する第１の結像レンズユニットと、
第２の方向に対をなす第２の対の開口部を通過した撮影光学系からの光により、第２の対の受光素子列に第２の対の像を結像させる第２の対のレンズ部を有する第２の結像レンズユニットとを有し、
前記第２の対のレンズ部の中点が、前記第１の対のレンズ部間に位置し、かつ当該第１の対のレンズ部の中点に対してずれていることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記第２の対のレンズ部の中点が、前記第１の対のレンズ部間に位置し、該第１の対のレンズ部の中点から第１の方向にずれていることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の対のレンズ部への入射光量は、対応する第１及び第２の対のマスク開口部を有するマスクによって調整され、前記第１の対のマスク開口部間の中点と前記第２の対のマスク開口部の中点とは同じ位置にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
前記第２の対のレンズ部の中点が、該第１の対のレンズ部の中点よりも前記撮像光学系の光軸に対して遠い側に位置することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の焦点検出装置。
【請求項５】
前記第１の対のレンズ部の光軸が、前記第１対の開口部の各中心よりも前記第２の方向における前記撮影光学系の光軸に対応する前記焦点検出装置の光軸に近い側に配置され、
かつ前記第１対の受光素子列の各中心が、前記第１対の開口部の各中心よりも前記第２の方向における前記焦点検出装置の光軸に近い側に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の焦点検出装置。
【請求項６】
前記第１の対の受光素子列の各中心が、前記第１の対のレンズ部の光軸よりも前記第２の方向における前記撮影光学系の光軸に対応する前記焦点検出装置の光軸に近い側に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の焦点検出装置。
【請求項７】
前記第２の対のレンズ部は、前記第２の方向において非対称形状を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の焦点検出装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の対のレンズ部はそれぞれ、同一形状を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の焦点検出装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の焦点検出装置を有することを特徴とする光学機器。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学機器である撮像装置と、
該撮像装置に対して装着され、撮像光学系を有する撮影レンズとを有することを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、フィルムカメラなどの撮像装置において、撮影光学系の焦点調節に用いられる焦点検出装置に関し、特に位相差検出方式の焦点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
焦点検出方式には、撮像素子を用いて生成した映像信号を利用したいわゆるコントラスト検出方式がある。このようなコントラスト検出方式の焦点検出では、撮像光学系のフォーカスレンズを光軸上で僅かに移動させながらコントラストがピークとなる合焦位置を探すために、合焦状態が得られるまでに長時間を要する傾向がある。
【０００３】
このため、一眼レフタイプのデジタルカメラにおいては、位相差検出方式での焦点検出が行われることが多い。位相差検出方式では、撮影光学系のデフォーカス量から合焦状態を得るために必要なフォーカスレンズの移動量を求めることができるので、コントラスト検出方式に比べて合焦状態を得るまでの時間を大幅に短縮することができる。
【０００４】
さらに、位相差検出方式の焦点検出において、焦点検出領域を撮影画面内の中央のみならず、周辺部である軸外領域にも設けた多点焦点検出が提案されている。このような焦点検出方法の一例として、特許文献１には、画面内の軸外領域での焦点検出を行う焦点検出装置が開示されている。
【０００５】
上記特許文献１にて開示された焦点検出装置において、軸外領域での水平方向での位相差検出に関しては、２次結像レンズの入射面に形成された対のレンズ部と、射出面に形成された対のプリズム部とにより対の受光素子列上に対の像を形成する。そして、撮影レンズのデフォーカスに伴い、これらの対の像は、絞りの開口対の並び方向である水平方向に移動する。この像の移動方向は、相関方向と呼ばれる。
【０００６】
ここで、２次結像レンズの入射面側のレンズ部と射出面側のプリズム部とを合わせて１つの光学系と考えると、水平方向の位相差を検出するための対の光学系は、相関方向である水平方向のみならず、垂直方向に関しても非対称となっている。
【特許文献１】特開平８−２６２３２０号公報（段落００１６〜００３４、図１〜７等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、対の光学系が相関方向（水平方向）だけでなく垂直方向に関しても非対称である場合に、温度や湿度などの周囲環境の変化によって２次結像レンズに変形が生じると、受光素子列上の対の像が水平方向と垂直方向の両方に移動する。そして、このときの移動量は、該対の光学系が非対称であることから、対をなす一方の像と他方の像とで異なる。
【０００８】
周囲環境の変化に起因した相関方向における対の像の異なる量の移動については、温度や湿度を検出するセンサを設けることで補正する方法が提案されている。しかし、このような相関方向での補正を行っても、相関方向に対して直交する方向である垂直方向において対の像の異なる量の移動があると、被写体によって異なる焦点検出結果が得られてしまい、焦点検出の精度が低下するおそれがある。
【０００９】
また、特許文献１にて開示された焦点検出装置では、軸外領域において１次元方向に並んだ受光素子列しか備えていない。このため、被写体のコントラスト成分によっては焦点検出が不能となる可能性がある。
【００１０】
本発明は、画面の軸外領域においても、環境変化や被写体のコントラスト成分に左右されずに高精度な焦点検出を行うことができる焦点検出装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面としての焦点検出装置は、対の像の位相差を検出する。該焦点検出装置は、第１の方向に対をなす第１の対の開口部を通過した撮影光学系からの光により、第１の対の受光素子列に第１の対の像を結像させる第１の対のレンズ部を有する第１の結像レンズユニットと、第２の方向に対をなす第２の対の開口部を通過した撮影光学系からの光により、第２の対の受光素子列に第２の対の像を結像させる第２の対のレンズ部を有する第２の結像レンズユニットとを有する。そして、第２の対のレンズ部の中点は、第１の対のレンズ部間に位置し、かつ該第１の対のレンズ部の中点に対してずれていることを特徴とする。
【００１２】
なお、上記焦点検出装置を有する光学機器や、該光学機器である撮像装置と該撮像装置に対して装着され、撮像光学系を有する撮影レンズとを有する撮像システムも本発明の他の側面を構成する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、像面（画面）内の軸外領域での焦点検出を行うための焦点検出光学系の構成および配置を適切に設定したことにより、環境変化や被写体のコントラスト成分に左右されずに高精度な焦点検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１には、本発明の実施例１である焦点検出装置を内蔵した一眼レフデジタルカメラ（光学機器および撮像装置）の概略構成を示している。
【００１６】
図１において、２００は一眼レフカメラ本体、２０１は該カメラ本体２００に対して着脱可能に装着される撮影レンズである。Ｌは撮影レンズ２０１内に設けられた結像光学系（撮影光学系）２０１ａの光軸（以下、単に撮影レンズ２０１の光軸という）である。
【００１７】
撮影レンズ２０１の予定結像面の付近には、光学ローパスフィルタ、赤外カットフィルタ、およびＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサからなる撮像素子を含む撮像素子ユニット２０４が配置されている。
【００１８】
撮影レンズ２０１と撮像素子ユニット２０４との間には、光学ファインダによる観察時には該撮影レンズ２０１から撮像素子ユニット２０４までの光路内に配置され、撮影時には光束外へ退避するメインミラー２０２とサブミラー２０３が配置されている。メインミラー２０２はハーフミラーにより構成され、ファインダ観察時には、撮影レンズ２０１からの光束は後述するファインダ光学系に導かれる反射光と、サブミラー２０３に入射する透過光とに分離される。反射光は、ピント板２０５のマット面上に結像し、該マット面上の像は、ペンタプリズム２０６および接眼レンズ２０７を介して撮影者によって観察される。ピント板２０５、ペンタプリズム２０６および接眼レンズ２０７によりファインダ光学系が構成される。
【００１９】
一方、メインミラー２０２を透過した光は、サブミラー２０３によって反射され、焦点検出装置２０８に導かれる。
【００２０】
撮影時において、撮像素子ユニット２０４内の撮像素子は、撮影レンズ２０１からの光束によって形成された被写体像を光電変換する。カメラ本体２００内に設けられた不図示の画像処理回路は、撮像素子からの出力に対して所定の処理を施し、画像信号を生成する。画像信号は、不図示のディスプレイに画像として表示されたり、不図示の記録媒体（半導体メモリ、光ディスク等）に画像データとして記録されたりする。
【００２１】
図２には、焦点検出装置２０８の構成を示している。本実施例の焦点検出装置２０８は、位相差検出方式により撮影レンズ２０１の焦点状態を検出する。なお、実際の焦点検出装置では、ミラーなどを用いて光路を折り畳んでコンパクト化が図られるが、図２では、該光路をストレートに展開した状態を示している。
【００２２】
２１０は視野マスクであり、中央部とその左右の周辺部には十字型の開口部（以下、マスク開口部という）２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃが形成されている。この視野マスク２１０は、撮影レンズ２０１の予定結像面である撮像素子ユニット２０４の撮像面と等価な位置又はその近傍に配置される。
【００２３】
２１１はフィールドレンズであり、視野マスク２１０の後方に配置されている。このフィールドレンズ２１１は、光学作用が互いに異なる複数のレンズ部２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃを有し、各レンズ部は互いに異なるレンズ光軸を有している。また、レンズ部２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃは、マスク開口部２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃにそれぞれ対応している。すなわち、レンズ部２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃは、開口部２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃのそれぞれを通過した光束に対して光学作用を与える。
【００２４】
２１２は複数の開口部を有する絞りであり、２１３は絞り２１２に形成された複数対の開口部に対応する複数対のレンズ部を備えた２次結像レンズユニット（結像レンズユニット）である。この２次結像レンズユニット２１３は、撮影レンズ２０１によって形成された予定結像面上の物体像を、その後方に配置された受光センサ２１５の受光素子列上に再結像させる。なお、絞り２１２の直前には、焦点検出に不要な赤外波長成分を除去する赤外カットフィルタ（図示せず）が配置されている。
【００２５】
図３〜図５には、図２に示した各部材を光軸方向から見た形状を示している。図３には絞り２１２の視野マスク２１０側から見た形状を、図４Ａは２次結像レンズユニット２１３を入射面側を見た形状を、図４Ｂは２次結像レンズユニット２１３を射出面側から見た形状を、図５は受光素子２１５を視野マスク２１０側から見た形状をそれぞれ示している。
【００２６】
図３において、絞り２１２の中央部には、撮影レンズ２０１（結像光学系２０１ａ）の像面、言い換えれば後述する画面又は撮影範囲の垂直方向に対応する方向（第１の方向）において対をなす開口部２１２ａ−１，２１２ａ−２が形成されている。また、中央部には、画面の水平方向に対応する方向（第２の方向）において対をなす開口部２１２ａ−３，２１２ａ−４が形成されている。なお、以下の説明において、絞り２１２に形成された開口部を絞り開口部という。また、第１の方向を垂直方向といい、第２の方向を水平方向という。そして、絞り２１２の右側には、それぞれ垂直方向および水平方向にて対をなす２組の対の絞り開口部２１２ｂ−１，２１２ｂ−２と２１２ｂ−３，２１２ｂ−４が形成されている。さらに、絞り２１２の左側には、それぞれ垂直方向および水平方向にて対をなす２組の対の絞り開口部２１２ｃ−１，２１２ｃ−２と２１２ｃ−３，２１２ｃ−４が形成されている。
【００２７】
図４Ａにおいて、２次結像レンズユニット２１３の入射面側には、各絞り開口部に対応するプリズム部が形成されている。すなわち、中央部には、それぞれ垂直方向および水平方向にて対をなす２組の対のプリズム部２１３ａ−１，２１３ａ−２と２１３ａ−３，２１３ａ−４が形成されている。また、右側には、それぞれ垂直方向および水平方向にて対をなす２組の対のプリズム部２１３ｂ−１，２１３ｂ−２と２１３ｂ−３，２１３ｂ−４が形成されている。さらに、左側には、それぞれ垂直方向および水平方向にて対をなす２組の対のプリズム部２１３ｃ−１，２１３ｃ−２と２１３ｃ−３，２１３ｃ−４が形成されている。
【００２８】
図４Ｂにおいて、２次結像レンズユニット２１３の射出面側には、図４Ａのプリズム部に対応した、球面からなるレンズ部が形成されている。中央部には、それぞれ垂直方向および水平方向にて対をなす２組の対のレンズ部２１４ａ−１，２１４ａ−２と２１４ａ−３，２１４ａ−４が形成されている。また、右側（入射面側から見た場合：図では左側）には、それぞれ垂直方向および水平方向にて対をなす２組の対のレンズ部２１４ｂ−１，２１４ｂ−２と２１４ｂ−３，２１４ｂ−４が形成されている。さらに、左側（入射面側から見た場合：図では右側）には、それぞれ垂直方向および水平方向にて対をなす２組の対のレンズ部２１４ｃ−１，２１４ｃ−２と２１４ｃ−３，２１４ｃ−４が形成されている。
【００２９】
図５において、受光素子２１５には、図４Ｂの各レンズ部に対応した受光素子列が形成されている。中央部には、それぞれ垂直方向および水平方向にて対をなす２組の対の受光素子列２１５ａ−１，２１５ａ−２と２１５ａ−３，２１５ａ−４が形成されている。また、右側には、それぞれ垂直方向および水平方向にて対をなす２組の対の受光素子列２１５ｂ−１，２１５ｂ−２と２１５ｂ−３，２１５ｂ−４が形成されている。さらに、左側には、それぞれ垂直方向および水平方向にて対をなす２組の対の受光素子列２１５ｃ−１，２１５ｃ−２と２１５ｃ−３，２１５ｃ−４が形成されている。
【００３０】
なお、図３〜５において添え字ａ、ｂ、ｃを含む符号を付した開口部、プリズム部、レンズ部および受光素子列は、図２において添え字ａ、ｂ、ｃを含む符号を付した視野マスク２１０の開口部とフィールドレンズ２１１のレンズ部にそれぞれ対応している。
【００３１】
例えば、マスク開口部２１０ｂを通過した光束は、フィールドレンズ２１１ｂを通過し、２組の対の絞り開口部２１２ｂ−１，２１２ｂ−２と２１２ｂ−３，２１２ｂ−４を通過することで４つの光束に分離される。そして、該４つの光束はそれぞれ、２次結像レンズユニット２１３における２組の対のプリズム部２１３ｂ−１，２１３ｂ−２と２１３ｂ−３，２１３ｂ−４に入射して、２組の対のレンズ部２１４ｂ−１，２１４ｂ−２と２１４ｂ−３，２１４ｂ−４から射出する。該２組の対のレンズ部から射出した４つの光束はそれぞれ、受光センサ２１４における２組の対の受光素子列２１５ｂ−１，２１５ｂ−２と２１５ｂ−３，２１５ｂ−４上に、マスク開口部２１０ｂに対応した４つの開口像を形成する。
【００３２】
図５に点線で示す４つの十字形２１６−１、２１６−２、２１６−３、２１６−４はそれぞれの開口像を示し、開口像２１６−１と２１６−２および開口像２１６−３と２１６−４がそれぞれ対をなす。
【００３３】
以上説明したように構成された焦点検出装置２０８では、撮影レンズ２０１の予定結像面に対するデフォーカスに伴い、対の開口像の内部において対の光学像（２次光学像）が互いに近づく方向又は遠ざかる方向に移動する。
【００３４】
例えば、対の開口像２１６−１と２１６−２内の光学像は垂直方向に移動する。このため、図５に示すように、対の受光素子列を垂直方向に並べることによって、この移動を検出することができる。すなわち、該光学像の光量分布を受光素子列２１５ｂ−１と２１５ｂ−２の出力に基づいて検出し、周知の相関演算手法を用いて光学像間隔を求め、該算出した光学像間隔の撮影レンズ２０１が合焦状態にあるときの光学像間隔に対する変化量を求める。
【００３５】
そして、該光学像間隔の変化量と撮影レンズ２０１のデフォーカス量との関係を、予め記憶された、該変化量を変数とした多項式などを用いて近似することで、撮影レンズ２０１のデフォーカス量を推定することができる。さらに、該推定の結果から、撮影レンズ２０１の焦点検出（フォーカスレンズの駆動量算出）を行うことができる。なお、受光素子列２１５ｂ−３と２１５ｂ−４に関しては、受光素子列２１５ｂ−１と２１５ｂ−２に関する上記説明の垂直方向が水平方向に変わるのみであり、焦点検出の原理は同じである。
【００３６】
受光素子列２１５ｂ−１と２１５ｂ−２ではそれぞれ、垂直方向に複数の受光素子が並んでいる。このため、対の受光素子列２１５ｂ−１，２１５ｂ−２は、垂直方向にコントラスト成分を有する被写体の焦点検出に適する。一方、受光素子列２１５ｂ−３と２１５ｂ−４ではそれぞれ、水平方向に複数の受光素子が並んでいる。このため、対の受光素子列２１５ｂ−３，２１５ｂ−４は、水平方向にコントラスト成分を有する被写体の焦点検出に適している。そして、両者による焦点検出結果を合わせると、被写体のコントラスト成分の方向に左右されない、いわゆるクロス型の焦点検出を行うことができる。
【００３７】
なお、上記説明は添え字ｂを含む符号が付された要素により構成される焦点検出光学系について説明したが、添え字ａ、ｃを含む符号が付された要素により構成される焦点検出光学系についても同様である。
【００３８】
図６には、受光センサ２１５の各受光素子列を視野マスク２１０上に逆投影した図を示している。なお、視野マスク２１０は撮影レンズ２０１の予定結像面付近に配置されるので、図６は予定結像面と考えても問題ない。
【００３９】
図６において、視野マスク２１０よりもひと回り大きな線で示す長方形２１７は、撮影レンズ２０１により形成された像（イメージサークル）のうち撮像素子２０４によって画像変換される画面としての撮影範囲に相当する。３つのマスク開口部２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ内には、十字領域で示される受光素子列の逆投影像２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃ、２１９ａ、２１９ｂ、２１９ｃが形成されている。対の受光素子列は予定結像面上では互いに一致するため、図では重ねて示されている。逆投影像２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃ、２１９ａ、２１９ｂ、２１９ｃは受光素子列の逆投影像であるため、該十字領域において被写体の光量分布を検出することができる。すなわち、これら逆投影像がいわゆるクロス型の焦点検出領域となる。
【００４０】
本実施例では、クロス型の焦点検出領域を、撮影範囲２１７の中央部と該撮影範囲２１７における２つの軸外領域の計３箇所に設け、該３つの焦点検出領域のうちいずれかにかかる被写体像を用いて焦点検出を行うことができる。そして、クロス型の焦点検出領域は、その広がり方向が直交する２方向であるため、被写体のコントラスト成分方向に左右されず、ほとんどの被写体での焦点検出を可能とする。なお、軸外領域（又は単に軸外）とは、光軸Ｌ（図２参照）を含む軸上領域である中央部に比べて光軸Ｌからの距離が離れている領域を意味する。
【００４１】
焦点検出装置においては、複数の焦点検出領域をできるだけ中心から遠ざけて配置することが望ましい。また、カメラに組み込む観点から、焦点検出系の全長を短くし、装置全体を小型化することが求められる。また、製造コストの観点からは、焦点検出装置における受光センサの占めるコスト割合が高いため、受光センサの面積をできるだけ小さくすることが望ましい。
【００４２】
以上のような要件を満たし、最適な焦点検出系を実現するためには、図２の視野マスク２１０の開口部をできるだけ光軸Ｌとの交点から離れた位置に配置する。ここでの光軸Ｌは、図１に示した撮影レンズ２０１の光軸Ｌを延長した軸、すなわち光軸Ｌに対応する軸であって、サブミラー２０３によって折り曲げられて焦点検出装置２０８における画面中心に対応する位置に到達する軸、すなわち中心軸である。該光軸Ｌは、焦点検出装置（焦点検出光学系）の中心光軸ということもできる。
【００４３】
焦点検出装置２０８としては、マスク開口部２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを通過した光束がフィールドレンズ２１１により大きく光軸Ｌ側に屈折し、絞り２１２と２次結像レンズユニット２１３を通り、受光センサ２１５に向かって収束する構成が望ましい。しかし、光線が屈折するということは収差が発生することにつながるため、フィールドレンズ２１１で大きく屈折させた結果、非点収差、コマ収差、色収差等の結像性能を劣化させる諸収差が大きくなり、良好な焦点検出のための２次光学像を得ることが難しくなる。そして、位相差検出方式での焦点検出においては、対の２次光学像の間隔が、像高や波長によらずに一定であることが必要である。このため、２次光学像としては以下の２つの性能が特に重要となる。
【００４４】
（１）対の２次光学像の移動方向における該２次光学像の歪曲収差は、該２次光学像の中心を基準として対称であること。
【００４５】
（２）対の２次光学像の移動方向における２次光学像の倍率色収差がないこと。
【００４６】
特に本実施例のようにフィールドレンズで大きく光線を屈折させる構成では、プリズム効果による色収差が発生するため、（２）の収差を完全に除去する必要性がある。
【００４７】
そこで本実施例では、この色収差の発生方向と該色収差の除去手段を適切に設定することで、軸外領域においても周囲の環境変化に強いクロス型の焦点検出装置を実現している。以下、軸外領域の焦点検出系の構成について詳しく説明する。なお、以下の説明において、添え字ａを含む符号が付された要素は、画面中央部の焦点検出を行う系であり、この系については周知であるため説明を省略する。
【００４８】
まず、画面の軸外領域に設けられた焦点検出領域（以下、単に軸外の焦点検出領域という）のうち、垂直方向に広がりを持つ焦点検出領域２１８ｂ、２１８ｃに関して説明する。
【００４９】
図７には、焦点検出装置２０８を上側から見たときの光学断面を示している。２２０ｂ−１（２２０ｂ−２）、２２０ｃ−１（２２０ｃ−２）はそれぞれ、撮影レンズ２０１を射出して十字型のマスク開口部２１０ｂ，２１０ｃの中心にて結像し、絞り開口部２１２ｂ−１（２１２ｂ−２）、２１２ｃ−１（２１２ｃ−２）を通る光束である。すなわち、軸外の焦点検出領域２１８ｂ、２１８ｃに対応した対となる光束のうち、対の受光素子列２１５ｂ−１，２１５ｂ−２と２１５ｃ−１，２１５ｃ−２のそれぞれの中央に結像する光束である。なお、垂直方向で対となる各部材は、光軸Ｌを含む水平面に関して対称形状を有するため、対同士が重ねて表示されている。
【００５０】
対の光束２２０ｂ−１と２２０ｂ−２、２２０ｃ−１と２２０ｃ−２はフィールドレンズ２１１により光軸Ｌ側に大きく屈折する。そして、平面のプリズム部２１３ｂ−１、２１３ｃ−１から２次結像レンズユニット２１３に入射し、球面レンズ部２１４ｂ−１、２１４ｃ−１から射出して受光センサ２１５上に結像する。したがって、受光センサ２１５上では、フィールドレンズ２１１の屈折によるプリズム効果によって図７の断面と平行な方向に色収差が発生する。
【００５１】
しかし、対の光束２２０ｂ−１，２２０ｂ−２と２２０ｃ−１，２２０ｃ−２に対応する対の受光素子列は、図５に示す２１５ｂ−１，２１５ｂ−２と２１５ｃ−１，２１５ｃ−２であり、光学像間隔の検出方向（相関方向）と色収差の発生方向とが直交する。前述した焦点検出系の２次光学像にとって重要な（１）および（２）の収差は、光学像間隔の検出方向であり、図７の断面と平行な方向における色収差は焦点検出にほとんど影響を及ぼさない。
【００５２】
なお、上記色収差はプリズム部の角度や、絞り開口部とプリズム部とレンズ部の相対位置関係を収差発生方向において最適化することによって補正することが可能である。しかし、この色収差が焦点検出性能に影響を及ぼさないことから、この断面における本実施例の２次結像レンズユニット２１２は色収差補正を考慮せず、該２次結像レンズユニット２１２における光束分離を考慮して配置する。この光束の分離ついては詳細を後に述べる。
【００５３】
一方、図７と直交する光学断面においては、対の焦点検出光学系が、添え字ａを含む符号を付した要素により構成される中央部と同様となる。このため、公知の収差補正によって、（１）および（２）で示した性能を得ることができる。
【００５４】
図８は、焦点検出装置２０８を横から見たときの光学断面を示す。この断面において添え字ｂ又はｃを含む符号を付した要素は互いに重ねて示されている。対の光束２２０ｂ−１（２２０ｃ−１）と２２０ｂ−２（２２０ｃ−２）はほぼ主光線が屈折しない構成となっている。
【００５５】
したがって、２次結像レンズユニット２１３における対のプリズム部２１３ｂ−１と２１３ｂ−２は、光軸Ｌ側に同じ角度傾斜した平面で構成される。また、対のレンズ部２１４ｂ−１と２１４ｂ−２は、対応する絞り開口部２１２ｂ−１と２１２ｂ−２の中心付近を中心とする球面で構成される。
【００５６】
そして、対のプリズム部２１３ｂ−１と２１３ｂ−２に関しては、図７および図８より、面の法線ベクトルが図８の断面方向でのみ傾く構成となる。
【００５７】
なお、図８の断面は、２次光学像間隔の検出方向であるため、（１）および（２）の収差はもちろん補正されている。しかも、前述したように、受光素子列の中央に結像する主光線がほとんど屈折しない構成では、２次結像レンズユニット２１３をわずかに最適化することだけで、容易に（１）および（２）の収差を補正することができる。
【００５８】
このように、焦点検出領域２１８ｂ、２１８ｃに対応する各対の焦点検出光学系は、対の絞り開口部２１２ｂ−１，２１２ｂ−２と２１２ｃ−１，２１２ｃ−２の開口中心（又は開口重心）を結んだ線分に直交し、該線分を２等分する平面に関して対称である。換言すると、対の焦点検出光学系は、２次光学像間隔の検出方向において対称である。
【００５９】
次に、図６に示す軸外の焦点検出領域のうち水平方向に広がりを持つ焦点検出領域２１９ｂ、２１９ｃについて説明する。
【００６０】
図９は、図７と同様に、焦点検出装置２０８を上側から見たときの光学断面を示す。２２０ｂ−３，２２０ｂ−４と２２０ｃ−３，２２０ｃ−４はそれぞれ、撮影レンズ２０１を通過してマスク開口部２１０ｂと２１０ｃの中心にて結像し、図３中の対の絞り開口部２１２ｂ−３，２１２ｂ−４と２１２ｃ−３，２１２ｃ−４を通過する光束である。すなわち、軸外の焦点検出領域２１９ｂと２１９ｃに対応した対の光束のうち、対の受光素子列２１５ｂ−３，２１５ｂ−４と２１５ｃ−３，２１５ｃ−４の各中央に結像する光束である。
【００６１】
対の光束２２０ｂ−３，２２０ｂ−４と２２０ｃ−３，２２０ｃ−４はそれぞれ、図７の光束と同様に、フィールドレンズ２１１で光軸Ｌ側に大きく屈折し、２次結像レンズユニット２１３に入射する。
【００６２】
このとき、フィールドレンズ２１１で大きく光束が屈折するために、２次結像系には色収差などの諸収差が発生する。しかし、図７および図８の場合とは異なり、色収差の発生方向が、対の受光素子列２１５ｂ−３，２１５ｂ−４と２１５ｃ−３，２１５ｃ−４による２次光学像間隔の検出方向と一致する。さらに、２次結像レンズユニット２１３に入射する対の光束２２０ｂ−３，２２０ｂ−４同士と対の光束２２０ｃ−３，２２０ｃ−４同士では、フィールドレンズ２１１による屈折角が異なるため、収差の発生程度も異なる。
【００６３】
したがって、本実施例では、プリズム部の角度、絞り開口部とプリズム部とレンズ部の相対位置関係を収差発生方向で最適化することにより上記色収差を補正する。なお、対の光束同士で収差の発生程度が異なるため、補正量も対の光束同士で異なる。したがって、基本的には、図９の断面において、絞り開口部、プリズム部、レンズ部からなる２次結像光学系は、それぞれの対をなすもの同士で非対称な形状を有する光学系となる。但し、本実施例においては、製造上の難易度を考慮して、対をなすレンズ部同士のみは同形状（対称形状）を有する。
【００６４】
このようにすることで、前述した（２）の収差を焦点検出可能なレベルまで補正することがきる。そして、（１）の収差については、フィールドレンズ２１１により最適化を行う。フィールドレンズ２１１に求められる性能は、撮影レンズ２０１の射出瞳と絞り２１２との結像関係を築くことのみである。したがって、本実施例では、フィールドレンズ２１１の入射出面をその光学パワーが均一となるようにベンディングすることによって、（１）の収差を除去している。
【００６５】
一方、図９の断面に直交する断面においては、対の焦点検出光学系が、添え字ａを含む符号を付した要素で構成される中央部の焦点検出光学系と同様となる。また、２次光学像間隔の検出方向に対して直交する方向の収差についてはあまり問題とならない。
【００６６】
図１０には、焦点検出装置２０８を横から見たときの光学断面を示している。この断面において、添え字ｂとｃを含む符号が付された各要素および対の要素同士は重ねて示している。
【００６７】
光束２２０ｂ−３（２２０ｂ−４、２２０ｃ−３、２２０ｃ−４）は、図１０において主光線が光軸Ｌと重なり、屈折しない。したがって、絞り開口部、プリズム部およびレンズ部を、それぞれの中心が、図１０において光軸Ｌ上に重なるように並べるだけでよい。
【００６８】
このように、焦点検出領域２１９ｂ、２１９ｃに対応する各対の焦点検出光学系は、対の絞り開口部２１２ｂ−３，２１２ｂ−４又は２１２ｃ−３，２１２ｃ−４の開口中心（又は開口重心）を結んだ線分に直交し、該線分を２等分する平面に関して非対称である。換言すると、対の焦点検出光学系は、２次光学像間隔の検出方向において非対称である。そして、焦点検出領域２１８ｂと２１９ｂに対して設けられた焦点検出光学系を合体させると、絞り、レンズ部および受光素子列の位置関係が、本実施例における特徴的なものとなる。
【００６９】
図１１は、該特徴的な位置関係を示すための図であり、絞り２１２の正面図に、焦点検出領域２１８ｂと２１９ｂのそれぞれに対して設けられたレンズ部を重ねて表示した図である。なお、レンズ部は、レンズ中心（光軸）、すなわちレンズ球面の頂点である面頂点を理解し易くするために、円で示している。
【００７０】
図１１において、点Ｌは光軸Ｌの通過点を示す。中央部における対の絞り開口部２１２ａ−１と２１２ａ−１の開口中心を結んだ線分の中点と、対の絞り開口部２１２ａ−３と２１２ａ−４の開口中心を結んだ線分の中点はいずれも、点Ｌに一致する。なお、図１１には示していないが、中央部の対のレンズ部２１４ａ−１と２１４ａ−２のレンズ中心（レンズ面頂点）を結んだ線分の中点と、対のレンズ部２１４ａ−３と２１２ａ−４のレンズ中心を結んだ線分の中点は、ともに点Ｌに一致する。
【００７１】
また、軸外における対の絞り開口部２１２ｂ−１と２１２ｂ−２の開口中心を結んだ線分の中点と、対の絞り開口部２１２ｂ−３と２１２ｂ−４の開口中心を結んだ線分の中点は、ともに点Ａとなる。そして、対の絞り開口部２１２ｂ−３と２１２ｂ−４が並んだ水平方向における絞り開口部２１２ｂ−３と２１２ｂ−４の開口中心を結んだ線分の延長線を２３０とすると、該延長線２３０は点Ｌを通過する。
【００７２】
なお、中央部および軸外のそれぞれにおける２組の対の絞り開口部は、フィールドレンズ２１１ｂにより撮影レンズ２０１の射出瞳に投影される。このため、軸対称である射出瞳をより有効に使うために、一方の対の絞り開口部の開口中心間を結んだ線分の中点と、他方の対の絞り開口部の開口中心間を結んだ線分の中点とを互いに一致させる。これにより、十分な基線長が確保でき、明るい焦点検出光学系および広い焦点検出領域を得られるといったメリットがある。
【００７３】
一方、軸外における対のレンズ部２１４ｂ−１と２１４ｂ−２のレンズ中心を結んだ線分の中点は点Ｂであり、対のレンズ部２１４ｂ−３と２１４ｂ−４のレンズ中心を結んだ線分の中点は点Ｃであり、両者は互いに一致しない（ずれている）。すなわち、点Ｂは、点Ｃよりも点Ｌに近い側に位置する。
【００７４】
この理由は、対のレンズ部２１４ｂ−３と２１４ｂ−４は、前述したようにフィールドレンズ２１１によって光束が光軸Ｌ側に屈折されるため、それに合わせて対のレンズ部２１４ｂ−１と２１４ｂ−２に対して光軸Ｌ側にシフトする必要があるからである。そして、対のレンズ部２１４ｂ−３と２１４ｂ−４は、図９で説明した色収差補正で最適化され、それらのレンズ中心間の中点が点Ｃとなるように配置される。
【００７５】
さらに、対のレンズ部２１４ｂ−１と２１４ｂ−２は、水平方向の収差が問題とならないことから、絞り開口部２１２ｂ−１と２１２ｂ−２を通過した光束の分離を考慮して配置する。光束分離とは、絞り開口部２１２ｂ−１を通過した光束がレンズ部２１４ｂ−１以外のレンズ部を通過しないように、４つの球面レンズ部２１４ｂ−１、２１４ｂ−２、２１４ｂ−３、２１４ｂ−４の境界となる稜線を最適化することである。その結果、対のレンズ部２１４ｂ−１と２１４ｂ−２のレンズ中心間の中点は点Ｂの位置となり、点Ｃよりさらに光軸Ｌ側へシフトする。
【００７６】
なお、このように２組の対間で中点がシフトした構成は、レンズ部のみならずプリズム部についても同様である。対のプリズム部においては、該対のプリズム部を構成する２つの平面により形成される稜線を中線と考える。対のプリズム部２１３ｂ−１，２１３ｂ−２間の中線は、図１１に示す光軸方向視において延長線２３０と一致する。一方、対のプリズム部２１３ｂ−３と２１３ｂ−４間の中線は、対の絞り開口部２１２ｂ−１と２１２ｂ−２の開口中心を結んだ線分２３１と一致せず、該線分２３１より点Ｌに近い側にシフトしている。そして、該シフトした中線は点Ｂ、Ｃを通過しない。
【００７７】
プリズム部は絞り２１２に対してそれほど離れていないため、光束分離には余裕がある。したがって、２組の対のプリズム部は、２次結像レンズユニット２１３の製造の容易さを考慮して、図４Ａに示すように垂直および水平方向に均等に４分割されているが、該４分割されたプリズム部の頂点では、図９に示すように段差が形成される。例えば、対のプリズム部２１３ｂ−１と２１３ｂ−２は対称形状であるため、それらの頂点は一致している。しかし、対のプリズム部２１３ｂ−３と２１３ｂ−４のそれぞれの頂点は、対のプリズム部２１３ｂ−１と２１３ｂ−２の頂点から図４Ａの紙面に垂直な方向にずれている。なお、プリズム部の段差については、プリズム部の頂点を一致させ、該頂点から離れた位置で最も段差が発生するように形成してもよい。
【００７８】
次に、図１２は、絞り２１２の正面図に、焦点検出領域２１８ｂと２１９ｂのそれぞれに対して設けられた受光素子列を重ねて表示した図である。図１２において、点Ｄは、対の受光素子列２１５ｂ−１と２１５ｂ−２の中心を結んだ線分の中点であり、点Ｅは対の受光素子列２１５ｂ−３と２１５ｂ−４の中心を結んだ線分の中点である。点Ｄ、Ｅともに、前述した点Ａや図１１に示した点Ｂ，Ｃよりも延長線２３０の方向での光軸Ｌに近い側にシフトし、さらに点Ｄは点Ｅよりも光軸Ｌに近い側にシフトしている。
【００７９】
これは、対の受光素子列２１５ｂ−１と２１５ｂ−２に対応するレンズ部２１４ｂ−１と２１４ｂ−２が光束分離を優先し、対の受光素子列２１５ｂ−３と２１５ｂ−４に対応するレンズ部２１４ｂ−３と２１４ｂ−４が収差を考慮して配置された結果である。
【００８０】
なお、光束分離に余裕がある場合は、２次光学像の結像位置を考慮してレンズ部を配置することで、点Ｄを点Ｅの位置に一致させることも可能である。但し、本実施例では、点Ｄと点Ｅのずれがわずかであることから、点Ｄと点Ｅとがずれたままの構成とした。
【００８１】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、軸外の焦点検出領域における上記（１）と（２）で説明した焦点検出性能を表す図である。図１３Ａは焦点検出領域２１８ｂ（もしくは２１８ｃ）における焦点検出性能を示し、図１３Ｂは焦点検出領域２１９ｂ（もしくは２１９ｃ）における焦点検出性能を示している。
【００８２】
これらの図において、横軸は焦点検出領域の中心から焦点検出領域が広がる方向への像高を示す。また、縦軸は焦点検出領域の中心における対の２次光学像間隔を０とした場合の光学像間隔の変化量を示す。添え字Ｃ、ｄ、Ｆは波長別の変化量を意味し、それぞれＣ線（656.27nm）、ｄ線（587.56nm）、Ｆ線（486.13nm）に対応している。
【００８３】
図１３Ａにおいて、光学像間隔の変化量２４０Ｃ、２４０ｄ、２４０Ｆはそれぞれ、縦軸に関して左右対称であり、像高や波長による差も少なく、該変化量は良好に補正されていることが分かる。
【００８４】
また、図１３Ｂにおいて、光学像間隔の変化量２４１Ｃ、２４１ｄ、２４１Ｆはそれぞれ、縦軸に関して左右非対称である。これは、焦点検出領域２１９ｂ（２１９ｃ）に対して設けられた２次結像光学系を構成する要素が対同士で非対称となっているためである。但し、本実施例では、光学像間隔の変化量２４１Ｃ、２４１ｄ、２４１Ｆは、図１３Ａと比較すると像高および波長による差が多少大きくなっているものの、焦点検出が可能なレベルまで補正されている。
【００８５】
以上説明した構成により、軸外におけるクロス型の位相差検出方式での焦点検出を実現している。次に、温度や湿度などの環境変化に対する本実施例の優位性について説明する。
【００８６】
環境変化によって焦点検出光学系を構成する各部材が膨張したり収縮したりすると、対の２次光学像の間隔が変化してしまい、常温時と異なる焦点検出結果が出力される。このため、従来では、温度変化に伴う対の２次光学像の間隔変化を予め測定してデータ化しておき、焦点検出装置に設けた温度センサや湿度センサの出力と該測定データとに基づいて焦点検出結果を補正している。しかし、対の２次光学像が間隔検出方向以外の方向に変位した場合は、被写体によって焦点検出結果が異なってしまう。
【００８７】
したがって、焦点検出光学系においては、この像間隔検出方向以外の方向への光学像変位が環境変化によって発生しないようにすることが重要である。そして、この間隔検出方向以外の方向への光学像変位の原因は、焦点検出光学系のうち２次結像レンズユニット２１３の形状変化が支配的である。そこで、本実施例では、２次結像レンズユニット２１３を、環境変化による間隔検出方向以外の方向への光学像変位が発生しにくい構成としている。
【００８８】
まず、対の２次光学像の間隔検出方向に直交する方向（以下、像間隔直交方向という）においては、図７および図１０に示すように、２次結像レンズユニット２１３を、視野マスク２１２の開口中心にて結像する光束の主光線をほとんど屈折させない構成とした。また、２次結像レンズユニット２１３の射出側に形成されたレンズ部は、すべての対のレンズ部間で同形状の球面レンズとした。これにより、環境変化による像間隔直交方向での像変位を発生しにくくすることができる。
【００８９】
また、図１４には、２次結像レンズユニット２１３の入射面側に形成されたプリズム部のうち、軸外の焦点検出領域２１８ｃ，２１９ｃに対応したプリズム部の付近を拡大して示している。図１４において、光軸Ｌｃは光軸Ｌと平行で、図４Ａにおけるプリズム部の頂点を通る軸である。
【００９０】
２５０−１、２５０−２、２５０−３、２５０−４は、プリズム部２１３ｃ−１、２１３ｃ−２、２１３ｃ−３、２１３ｃ−４の重心位置での法線ベクトルである。
【００９１】
対のプリズム部２１３ｃ−１と２１３ｃ−２の法線ベクトル２５０−１と２５０−２は、光軸Ｌｃに対して同一点で交差し、光軸Ｌｃとのなす角度θ１とθ２は互いに等しい。すなわち、光軸Ｌｃと法線ベクトル２５０−１、２５０−２は同一平面上に存在し、その平面は垂直平面となる。対のプリズム部２１３ｃ−１と２１３ｃ−２に対して、像間隔直交方向は矢印２５１で示す方向であるが、この矢印２５１の方向に対のプリズム部２１３ｃ−１と２１３ｃ−２は傾斜していないため、環境変化による像間隔直交方向への像変位は発生しにくい。
【００９２】
また、環境変化によってプリズム面が変形したとしても、矢印２５１の方向における対のプリズム部部２１３ｃ−１、２１３ｃ−２間での傾き差はないため、同程度の変形しか生じない。したがって、より像間隔直交方向の像変位は発生しにくい。
【００９３】
また、対のプリズム部２１３ｃ−３と２１３ｃ−４の法線ベクトル２５０−３と２５０−４は、光軸Ｌｃに対して異なる点で交差し、光軸Ｌｃとのなす角度θ３とθ４も異なる。そして、光軸Ｌｃと法線ベクトル２５０−３、２５０−４は同一平面で上に存在し、その平面は水平平面となる。対のプリズム部２１３ｃ−３と２１３ｃ−４に対して、像間隔直交方向は図の矢印２５２であるが、この矢印２５２の方向にも対のプリズム部２１３ｃ−３と２１３ｃ−４は傾斜していない。このため、環境変化による像間隔直交方向への像変位が発生しにくい。また、環境変化によってプリズム面が変形した場合、角度θ３とθ４が異なるため、矢印２５１の方向には異なる変形が生じる。これは、対の光学像間隔に影響を及ぼすのみなので、前述した公知の手段によって補正すればよい。さらに、矢印２５２の方向においては、対のプリズム部２１３ｃ−３、２１３ｃ−４間に傾きの差はないため、同程度の変形しか生じない。したがって、像間隔直交方向への像変位は発生しにくい。
【００９４】
なお、本実施例では、一眼レフタイプのカメラに内蔵した焦点検出装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、他の光学機器にも搭載可能である。また、本実施例では、受光センサ上に２次光学像を形成する２次結像系を有する焦点検出装置について説明したが、１次結像系を有する焦点検出装置にも本発明を適用することができる。
【実施例２】
【００９５】
図１５Ａおよび図１５Ｂには、本発明の実施例２である焦点検出装置の構成を示している。本実施例は、実施例１の変形例であり、クロス型の焦点検出領域を撮影範囲内に実施例１よりも多数設けた例である。
【００９６】
図１５Ａおよび図１５Ｂにおいて、焦点検出装置３０８は、視野マスク３１０と、フィールドレンズ３１１と、絞り３１２と、２次結像レンズユニット３１３と、受光センサ３１５とを有する。
【００９７】
視野マスク３１０には、９つの焦点検出領域に対応する９つのマスク開口部３１０ａ〜３１０ｉが設けられ、すべてのマスク開口部３１０ａ〜３１０ｉは、十字型に形成されている。そして、フィールドレンズ３１１、絞り３１２、２次結像レンズユニット３１３および受光センサ３１５にはそれぞれ、各焦点検出領域に対応するレンズ部、２組の対の絞り開口部、２組の対のプリズム部とレンズ部および２組の対の受光素子列が設けられている。したがって、撮影範囲中の９箇所でクロス型の焦点検出を行うことが可能となる。
【００９８】
そして、視野マスク３１０、フィールドレンズ３１１、絞り３１２、２次結像レンズユニット３１３および受光センサ３１５に対する基本的な考え方は、実施例１と同じである。
【００９９】
例えば、マスク開口部３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、３１０ｇに対応する焦点検出光学系の構成は、実施例１にて説明した軸外の焦点検出領域２１０ｂ、２１０ｃに対応する焦点検出光学系と同じである。また、撮影範囲の対角位置に配置された４つの焦点検出領域３１０ｅ、３１０ｆ、３１０ｈ、３１０ｉに対応する焦点検出光学系は、光軸Ｌを中心として実施例１の軸外焦点検出領域２１０ｂ、２１０ｃを時計回り方向又はその反対方向に回転させたものに相当する。
【０１００】
したがって、対角位置に配置されたクロス型の焦点検出領域の一方の広がり方向、すなわち、２組の対の絞り開口部のうち一方の対の絞り開口部の並び方向の延長線上に光軸Ｌが存在する。
【０１０１】
以上のような構成により、撮影範囲内の広い領域に配置された多数の焦点検出領域においてクロス型の焦点検出を実現できる。そして、本実施例でも、環境変化や被写体のコントラストに対して実施例１と同様の効果が得られる。
【実施例３】
【０１０２】
図１６Ａおよび図１６Ｂには、本発明の実施例３である焦点検出装置の構成を示している。本実施例は、実施例１の変形例であり、クロス型の焦点検出領域を撮影範囲内に実施例１よりも多数設けた例である。
【０１０３】
図１６Ａおよび図１６Ｂにおいて、焦点検出装置４０８は、視野マスク４１０と、フィールドレンズ４１１と、絞り４１２と、２次結像レンズユニット４１３と、受光センサ４１５とを有する。
【０１０４】
視野マスク４１０には、３つのマスク開口部４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃが設けられている。１つのマスク開口部は、図１６Ａ中に点線で仕切った３つの十字型の開口部を垂直方向につなげた形状を有する。このため、３つのマスク開口部４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃによって撮影範囲内に合計９つのクロス型の焦点検出領域を設けている。以下の説明では、垂直方向に並んだ３つの焦点検出領域を１組の焦点検出領域という。
【０１０５】
そして、フィールドレンズ４１１、絞り４１２、２次結像レンズユニット４１３および受光センサ４１５にはそれぞれ、１組の焦点検出領域ごとにレンズ部、２組の対の絞り開口部、２組の対のプリズム部とレンズ部および２組の対の受光素子列が設けられている。例えば、マスク開口部４１０ａによって形成される３つのクロス型焦点検出領域に対して、フィールドレンズ４１１の１つのレンズ部、２組の対の絞り開口部、２組の対のプリズム部とレンズ部および２組の対の受光素子列が対応する。
【０１０６】
１つのマスク開口部に対して、受光センサ４１５上に垂直方向で対をなすように設けられた受光素子列は、各受光素子列を垂直方向に３分割して使用される。また、１つのマスク開口部に対して、水平方向において対をなす受光素子列は、３組（３対）設けられている。これにより、１つのマスク開口部に対して３つのクロス型の焦点検出領域が形成される。
【０１０７】
そして、視野マスク４１０、フィールドレンズ４１１、絞り４１２、２次結像レンズユニット４１３および受光センサ４１５に対する基本的な考え方は、実施例１と同じである。２次結像レンズユニット４１３におけるプリズム部およびレンズ部は、実施例１に比べて大きな２次光学像を形成するが、２次結像レンズユニット４１３の構成自体は実施例１と同様である。このため、本実施例でも、環境変化や被写体のコントラストに対して実施例１と同様の効果が得られる。
【実施例４】
【０１０８】
実施例４では、上記で説明したセンサ２１５に対して、大きなセンサ２１５Ａを使うものである。従って、センサ２１５Ａは、フィールドレンズ２１１に対応するフィールドレンズ２１１Ａよりも大きい。したがって、フィールドレンズ２１１Ａは、より大きい面積を有するセンサ２１５Ａに結像するように入射光を屈折する。図１７は、実施例１の図７に相当する断面図を示し、フィールドレンズ２１１Ａを通過する周辺側の光束は、フィールドレンズ２１１Ａによって、若干光軸Ｌから遠ざかる方向に屈折する。したがって、この場合、上述した点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅともに、前述した点Ａよりも延長線２３０の方向での光軸Ｌに対して遠い側にシフトしている。点Ｄ、Ｅは点Ｂ、Ｃよりも光軸Ｌに遠い側にシフトする。さらに、点Ｂは点Ｃよりも、点Ｄは点Ｅよりもそれぞれ光軸Ｌに対して遠い側にシフトしている。このような構成とすることで、前述した収差補正や光線分離を実現することが可能となる。なお、大きなセンサ２１５Ａは中央部と周辺部で分割する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施例１である焦点検出装置を内蔵した一眼レフカメラの断面図。
【図２】実施例１の焦点検出装置の斜視図。
【図３】実施例１における絞りを視野マスク側から見た正面図。
【図４Ａ】実施例１における２次結像レンズユニットの入射面側を示す正面図。
【図４Ｂ】実施例１における２次結像レンズユニットの射出面側を示す背面図。
【図５】実施例１における受光センサを視野マスク側から見た正面図。
【図６】実施例１における各受光素子列を視野マスク上に逆投影した図。
【図７】実施例１の焦点検出装置を上から見た光学断面図。
【図８】実施例１の焦点検出装置を横から見た光学断面図。
【図９】実施例１の焦点検出装置を上から見た光学断面図。
【図１０】実施例１の焦点検出装置を横から見た光学断面図。
【図１１】実施例１において絞りにレンズ部を重ねて示した図。
【図１２】実施例１において絞りに受光素子列を重ねて示した図。
【図１３Ａ】実施例１の焦点検出性能を表す図。
【図１３Ｂ】実施例１の焦点検出性能を表す図。
【図１４】実施例１における２次結像レンズユニットの一部を拡大した斜視図。
【図１５Ａ】本発明の実施例２である焦点検出装置の斜視図。
【図１５Ｂ】実施例２の焦点検出装置の斜視図。
【図１６Ａ】本発明の実施例３である焦点検出装置の斜視図。
【図１６Ｂ】実施例３の焦点検出装置の斜視図。
【図１７】本発明の実施例４である焦点検出装置の上から見た光学断面図。
【符号の説明】
【０１１０】
２００  カメラ本体
２０１  撮影レンズ
２０１ａ  結像光学系
２０２  メインミラー
２０３  サブミラー
２０４  撮像素子
２０８，３０８，４０８  焦点検出装置
２１０，３１０，４１０  視野マスク
２１１，３１１，４１１  フィールドレンズ
２１２，３１２，４１２  絞り
２１３，３１３，４１３  ２次結像レンズユニット
２１５，３１５，４１５  受光センサ
【図１】
2007323063.tif 000003
【図２】
2007323063.tif 000004
【図３】
2007323063.tif 000005
【図４Ａ】
2007323063.tif 000006
【図４Ｂ】
2007323063.tif 000007
【図５】
2007323063.tif 000008
【図６】
2007323063.tif 000009
【図７】
2007323063.tif 000010
【図８】
2007323063.tif 000011
【図９】
2007323063.tif 000012
【図１０】
2007323063.tif 000013
【図１１】
2007323063.tif 000014
【図１２】
2007323063.tif 000015
【図１３Ａ】
2007323063.tif 000016
【図１３Ｂ】
2007323063.tif 000017
【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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